郭敏智，謝煥鈞，李立群

（中國(guó)航發(fā)中傳機(jī)械有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410200）

GH4169合金是過(guò)去40年廣泛運(yùn)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上的鎳基高溫合金，其被大量使用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件，如臨界旋轉(zhuǎn)零件、機(jī)翼、支撐結(jié)構(gòu)（墊片）和壓力艙等，年產(chǎn)量占據(jù)整個(gè)變形高溫合金總量的45%以上［1］。該合金是一種沉淀強(qiáng)化的鐵鎳基合金，具有較好的高溫力學(xué)性能、良好的熱工藝和焊接性能。而隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)部件性能要求的不斷提高，對(duì)GH4169 合金的性能條件也提出了更高的要求。

鉻電極電位雖然很負(fù)，但它有很強(qiáng)的鈍化性能，在大氣中很快鈍化，顯示出具有貴金屬的性質(zhì)。鉻層硬度高（HV800～1100），耐磨性好，反光能力強(qiáng)，具有較好的耐熱性，被廣泛用作鋼鐵零件防護(hù)-裝飾性鍍層體系的外表層和機(jī)能鍍層。在GH4169 合金表面鍍鉻，可有效提高基體硬度及耐蝕性能。但是GH4169 合金材料因鉻含量較高，給鍍鉻帶來(lái)很大難度［2］，鉻層與基體結(jié)合力差且易起皮，并且鍍鉻溶液的分散和覆蓋能力差，形狀復(fù)雜的零件需采用象形陽(yáng)極才能得到厚度均勻的鍍層［3］。而高溫合金鍍鉻技術(shù)在國(guó)內(nèi)研究較少，馬建鐵等［4］研究了高溫合金（GH696）活塞環(huán)的鍍鉻方法，其采用硫酸與氫氟酸、鹽酸腐蝕的預(yù)處理方法，在活塞環(huán)表面沉積7～10 μm鉻層，但零件形狀較為簡(jiǎn)單，且厚度較薄。

本文通過(guò)探索鍍鉻前處理方法，并利用特定的輔助陽(yáng)極和保護(hù)陰極，在GH4169 合金表面以及錐形塊墊片上得到結(jié)合力良好、形貌均勻，能滿足實(shí)際生產(chǎn)需求的鉻層。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 GH4169合金鍍鉻層的制備

錐形塊墊片使用材料為GH4169 合金（質(zhì)量分?jǐn)?shù)：C≤0.08 %，Cr 17.0 %～21.0 %，Ni 50.0 %～55.0 %，Mo 2.80 %～3.30 %）。前期研究在試棒上進(jìn)行，試棒規(guī)格?10 mm×100 mm，鍍鉻前需除凈試棒表面油脂。后期驗(yàn)證在錐形塊墊片上進(jìn)行，具體尺寸和形狀見(jiàn)圖1所示。

圖1 錐形塊墊片尺寸及形貌圖Fig.1 Dimensions and morphology of the conical block gasket

鍍鉻層制備工藝流程如下：除油→熱水洗→冷水洗→鍍前處理→鍍鉻→冷水洗→熱水洗→干燥→除氫→檢驗(yàn)，其中鍍前處理包括陰極活化、陽(yáng)極腐蝕、酸洗、吹砂、預(yù)鍍鎳、吹砂與預(yù)鍍鎳結(jié)合等方式。電鍍鉻實(shí)驗(yàn)以鉛銻合金作為陽(yáng)極，GH4169 工件作為陰極，鍍鉻后鉻層結(jié)合力好壞主要由鍍前處理方式?jīng)Q定，本文通過(guò)改變鍍前處理方式對(duì)GH4169 合金進(jìn)行鍍鉻試驗(yàn)，鍍鉻槽液參數(shù)如下：CrO3200～250 g/L；H2SO4（ρ=1.84 g/mL） 2.0～2.5 g/L；Cr3+3～5 g/L；CrO3/H2SO4為（95～105）∶1。

1.2 鍍鉻層外觀、結(jié)合力表征

鍍鉻層外觀在天然散射光線或無(wú)反射光的白色透射光線下目視檢查，鍍層應(yīng)結(jié)晶細(xì)致、均勻，顏色為亮灰色；鍍鉻層結(jié)合力檢查則按HB 5041的規(guī)定，用空氣爐加熱零件或試樣至300±10°C，保溫1 h，然后在冷水中驟冷，并用目視方法檢查鍍層有無(wú)起泡、脫落現(xiàn)象來(lái)表征結(jié)合力。

2 結(jié)果與討論

通過(guò)改用不同的活化方法進(jìn)行鍍前處理，摸索適宜的活化方法，且每組用3 個(gè)試樣進(jìn)行平行試驗(yàn)得到結(jié)果如表1，具體情況見(jiàn)圖2。

圖2 基體鍍鉻表面結(jié)合力Fig.2 The adhesion of the chromium-plated surface

將吹砂活化與吹砂后再預(yù)鍍鎳處理，然后進(jìn)行鍍鉻的試樣放入空氣爐加熱至300 °C，保溫1 h，然后在冷水中驟冷，目視檢查，鍍層無(wú)起泡、脫落現(xiàn)象，具體見(jiàn)圖3，表明吹砂活化與吹砂后再預(yù)鍍鎳處理，均可顯著提高GH4169合金鉻層結(jié)合力。

圖3 結(jié)合力檢查后基體鍍鉻表面Fig.3 The surface of chromium plated matrix after adhesion test

3 錐形塊墊片零件鍍鉻工藝探索

鍍鉻使用的CrO3和H2SO4混合溶液作為電解液，但是該種溶液存在不足之處，如陰極電流效率很低，工業(yè)化生產(chǎn)中僅為12 %～15 %；鍍液的分散能力差，欲獲得均勻的鍍層，則需要進(jìn)行人工干預(yù)，比如設(shè)計(jì)象形陽(yáng)極或保護(hù)陰極［5］。本文涉及的錐形塊墊片，零件表面要求鍍鉻（15～35）μm，但R0.2 mm處鄰近區(qū)域受形狀影響是低電流區(qū)，在電鍍時(shí)因沉積速度慢有重新鈍化的風(fēng)險(xiǎn)；?114.2 mm 外圓和?77.2 mm 內(nèi)圓尖角處電力線集中，鍍層易粗糙。通過(guò)采用鍍前吹砂處理和吹砂后再預(yù)鍍鎳處理兩種方式，設(shè)計(jì)不同的象形陽(yáng)極和保護(hù)陰極，對(duì)GH4169 合金錐形塊墊片鍍鉻工藝進(jìn)行探索。

3.1 吹砂鍍前處理對(duì)錐形塊墊片鍍鉻的影響

選?。ㄉ傲＃?00 目的棕剛玉，壓力：≤0.2 MΡa，噴嘴距離：（150～300）mm）吹砂方式，通過(guò)設(shè)計(jì)不同的象形陽(yáng)極和保護(hù)陰極夾具，對(duì)錐形塊墊片進(jìn)行鍍鉻工藝探索，具體如表2。由表2 可以看出，僅吹砂活化，通過(guò)改變輔助陽(yáng)極、掛具和輔助陰極，均無(wú)法在錐形塊墊片表面完整沉積電鍍鉻層，特別是內(nèi)直角邊，由于為低電流區(qū)，在電鍍時(shí)因沉積速度慢而重新鈍化，導(dǎo)致該區(qū)域無(wú)法成膜。

表2 吹砂鍍前處理的鍍鉻試驗(yàn)Tab.2 Chromium plating test of sand blowing pretreatment

3.2 吹砂+預(yù)鍍鎳鍍前處理對(duì)錐形塊墊片鍍鉻的影響

表3為吹砂+預(yù)鍍鎳鍍前處理的鍍鉻試驗(yàn)情況，可以看出，通過(guò)調(diào)整輔助陽(yáng)極、掛具和輔助陰極，用帶有彈性的卡子撐住零件內(nèi)圈、零件外圈套一個(gè)輔助陰極能均勻地在錐形塊墊片表面完整沉積電鍍鉻層，特別是內(nèi)直角邊，鍍層均勻，且外鍍層無(wú)結(jié)瘤，鍍層均勻性好。

表3 吹砂+預(yù)鍍鎳鍍前處理的鍍鉻試驗(yàn)Tab.3 Chromium plating test of sand blowing&nickel pre-plating pretreatment

3.3 錐形塊墊片鉻層檢測(cè)結(jié)果

在天然散射光線或無(wú)反射光的白色透射光線下目視檢查。錐形塊墊片上檢查外觀，全部表面都有鍍層，包括內(nèi)R0.2 mm處低電流區(qū)，也覆蓋有鍍層。

按HB 5041 的規(guī)定，用空氣爐加熱零件或試樣至300±10 °C，保溫1 h，然后在冷水中驟冷，用目視方法檢查，鍍層不應(yīng)起泡脫落。在與錐形塊墊片同槽電鍍的試驗(yàn)件上進(jìn)行了測(cè)試，鍍層沒(méi)有起泡脫落，表明錐形塊墊片鍍鉻層結(jié)合力合格。

4 結(jié)論

（1）鍍前陽(yáng)極活化或陰極活化、鍍前酸洗和鍍前預(yù)鍍鎳處理活化方法，無(wú)法在GH4169 試棒材料表面鍍鉻成膜或者均勻成膜；吹砂活化、吹砂后再預(yù)鍍鎳處理均能在GH4169 試棒材料表面均勻成膜，且結(jié)合力好。

（2）僅鍍前吹砂活化，通過(guò)調(diào)整裝夾方式、改變輔助陽(yáng)極和輔助陰極，無(wú)法在GH4169 材料錐形塊墊片表面均勻成膜，特別是內(nèi)直角邊無(wú)鍍鉻層。

（3）通過(guò)吹砂活化和預(yù)鍍鎳相結(jié)合的鍍前處理方式，通過(guò)調(diào)整裝夾方式、改變輔助陽(yáng)極和輔助陰極，能在GH4169 材料錐形塊墊片表面均勻成膜，特別是內(nèi)直角邊鉻層均勻，且結(jié)合力好。